飛秒矢量光束與物質相互作用的超快過程研究

《飛秒矢量光束與物質相互作用的超快過程研究》是依託南開大學，由王曉雷擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：飛秒矢量光束與物質相互作用的超快過程研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王曉雷
• 依託單位：南開大學

中文摘要

任意偏振分布的矢量光束具有獨特的焦場特性，在微粒操控、激發表面電漿和超解析度成像等領域顯示出了廣泛的套用前景。飛秒雷射與物質相互作用的過程除了與雷射脈衝強度有關還依賴於雷射脈衝的偏振特性。本項目基於超快時間分辨的泵浦探測技術，綜合運用陰影成像、數字全息術、光譜分辨探測、光散射測量等實驗手段，對飛秒矢量光束與物質相互作用的超快動力學過程進行具有高時間、空間分辨的實驗研究，獲得飛秒矢量光束與材料相互作用過程中的有關物質噴射特性、物質轉化、熱區域轉移、微結構形貌時空演化、衝擊波特性等不同研究對象所包括的強度、位相、光譜、散射等超快特徵參量在內的實驗數據；研究飛秒矢量光束的不同偏振特性對於超快過程的不同影響。並在實驗研究的基礎上，結合分子動力學和全矢量麥克斯韋方程建立飛秒矢量光束與物質相互作用的物理模型，揭示矢量光束與物質相互作用的物理實質。

結題摘要

多維調控的矢量光束具有獨特的焦場特性，在微粒操控、激發表面電漿和超解析度成像等領域顯示出了廣泛的套用前景。因此掌握光波場包括振幅、相位、偏振等參量的多維調控技術，可更為有效地掌控雷射的聚焦和傳輸。而飛秒雷射與材料相互作用的過程除了與雷射脈衝參數有關還依賴於光束的波前特性，因此研究多維調控的光束與材料的相互作用，可掌握雷射參數在能量轉移、熱傳導、電子擴散中所起的作用機理。項目的主要研究工作包括：1研究了光束的多維調控理論和實現方法，包括載入渦旋的光束、柱矢量光束、徑向矢量光束和角向矢量光束以及高階矢量光束等。研究了採用綜合調控的技術實現對焦場的整形，實現了對焦場的有效調控。2研究了多維調控的飛秒光束的生成理論和實現方法。研究飛秒雷射的波前調控前後對於飛秒脈衝雷射傳輸和聚焦的差別，研究了飛秒矢量光束的聚焦場的分布特性。搭建了實現飛秒雷射調控的實驗系統。重點研究了利用空間光調製器來實現具有任意偏振結構的矢量光束的理論和方法，以及飛秒矢量光束在高數值孔徑透鏡聚焦下的橫向電場與縱向電場的焦場分布特性。3研究了多維調控的飛秒矢量光束與材料的相互作用的動力學過程。其中多維調控包括雷射的波前相位、偏振、波長等物理參量，研究了這些物理參量對於相互作用過程中動態和終態過程的影響，掌握相關的實驗規律。經過項目組成員四年的能力，項目取得了一定的成果，在光束的多維調控、焦場整形、飛秒矢量光束調控、多維調控的飛秒光束與物質相互作用等方面取得具有創新性的研究成果。這些結果對於有效地控制雷射的聚焦與傳輸、光束與材料的作用機理等方面具有重要的理論意義和套用價值。